好讀周報／天文學奠基太空科技 「量子計算」預測準度可大幅提升

文／曾慶良（阿亮老師）

●推動材料與計算科技 天文學奠基太空科技

孫維新教授是台大物理系暨天文物理研究所的教授，不只是傑出的天文學家，也曾任國立自然科學博物館館長，甚至在美國太空總署（NASA）戈達德太空飛行中心擔任博士後研究員。他的經歷橫跨天文觀測、科學教育跟博物館策展，是台灣少數能把艱深天文科技領域用淺顯易懂的方式傳達給師生的科學家。

孫維新教授從人類仰望星空的文明起點談起，帶領聽眾回顧天文學如何一步步形塑現代科學。他以歷史脈絡串連哲學思考、觀測工具的演進與科學方法的建立，指出天文學不僅是探索宇宙的學科，更是推動工程、材料與計算科技發展的核心動力，為今日的太空科技奠基。

談及火箭技術的關鍵轉折時，他特別強調「可行性」真正被確立的那一刻：液態燃料火箭的出現。這並非單純材料優劣的比較，而是一場關於控制、精準與安全性的系統性革命。液態燃料讓推力得以調節、關閉與重啟，使火箭從一次性的拋射裝置，轉變為可被精密操控的工程系統，也因此開啟人類進入軌道、甚至深空探索的可能。這段說明讓抽象的火箭科技，回到清晰而理性的工程邏輯。

接著，孫教授把話題轉到當代太空科技的發展。他仔細說明低軌衛星在通訊、氣象預測、環境監測上怎麼應用，還有星際觀測技術如何幫助我們理解宇宙的起源跟演化。當投影片出現第一隻太空狗──萊卡，現場響起一陣陣笑聲。他以輕鬆卻不失分寸的方式補充一個常被忽略的細節：早期太空艙空間極為有限，為了生理與設備設計的穩定性，最終選擇了母犬執行任務。這個看似幽默的技術考量，反而讓人更真切地意識到，太空探索從來不是抽象的英雄敘事，而是由無數現實限制、倫理抉擇與生命代價所堆疊而成。也正因如此，這段歷史才顯得格外真實，也格外動人。

●量子計算 能同時多工 預測準度 可大幅提升

第二場座談主講人是中原大學量子資訊中心講座教授張慶瑞。張教授是量子計算領域的權威學者，他的研究團隊在量子演算法應用上有突破性的成果，特別是在氣象預測方面的研究拿到IEEE國際最佳論文首獎，並獲選為聯合國教科文組織（UNESCO）倡議全球「量子百強」成員之一，這是國際上對他學術貢獻的肯定。

張教授一開場就拋出一個讓人思考的問題：「什麼是運算？」我們每天用的電腦，其實就是用0跟1這兩個數字在做邏輯運算。但量子電腦的出現，完全顛覆了這個概念。在量子世界裡，一個量子位元可以同時是0也是1，這種「疊加態」的特性，讓量子電腦能夠用指數級的速度去處理某些特別複雜的問題。

「想像一下，如果傳統電腦是單線道的路，一次只能過一輛車，那量子電腦就像是有無數條平行道路，可以同時讓無數輛車通過。」張教授用這個比喻來解釋量子平行運算。這樣一說，原本很抽象的量子疊加原理就變得好懂多了。

張教授接著講到量子糾纏跟量子干涉這兩個量子計算的核心概念。量子糾纏意指，兩個或更多的量子粒子之間有種神祕的連結，不管它們離多遠，對其中一個粒子做測量，會瞬間影響另一個粒子的狀態。這種「超距作用」當年讓愛因斯坦很困擾，他叫它「幽靈般的超距作用」，但現在這卻成了量子通訊跟量子計算的基礎。

說起實際應用，張教授介紹了量子計算在密碼學、藥物設計、材料科學、金融建模跟氣象預測等領域的潛力。他特別分享了自己團隊的研究成果──用量子演算法來做颱風路徑的精準預測。傳統的氣象模型要處理超大量的大氣數據，計算時間長，準確度也有限。但量子計算可以同時處理很多種可能性，大幅提升預測的準確度跟速度，對像台灣這樣常常被颱風侵襲的海島國家來說，實用價值很高。

張教授也坦言量子計算目前面臨的挑戰。量子系統非常脆弱，容易受環境干擾發生「量子退相干」，導致計算出錯。所以如何保持量子態的穩定、發展量子糾錯技術、還有增加量子位元的數量，都是現在研究的重點。他說，雖然通用量子電腦要實現還需要一點時間，但在特定領域中，量子優勢已展現。